抵抗器のしくみと回路での応用

抵抗器は、電流のサイズと方向を制限する一般的な電子部品です。抵抗器は、材料の抵抗特性、つまり電気の流れをどれだけうまく遮断するかを利用して機能します。抵抗の単位はオーム(Ω)で、抵抗の大きさは材料の種類、形状、温度によって異なります。抵抗器の抵抗値は通常、色のバーコードまたは数字で識別され、色が異なると値も異なります。

抵抗器は回路に広く使用されています。電流制御、分圧、フィルタリング、バイアス、マッチングなどの機能を実現できます。電流制御は、抵抗器の最も基本的な機能です。オームの法則(V = IR)に従って電流のサイズを調整できます(Vは電圧、Iは電流、Rは抵抗)。たとえば、回路に5V電源と0Ωの抵抗がある場合、抵抗を流れる電流は5V/100Ω=0.05A、つまり50mAになります。抵抗を0Ω$に置き換えると、電流は5V/200Ω=0.025A、つまり25mAになります。このように、抵抗器の抵抗値を変えることで電流の大きさをコントロールすることができます。

抵抗器は、回路内の他のコンポーネントを保護するためにも使用できます。たとえば、回路に5V電源と1Ωの抵抗がある場合、抵抗を流れる電流は5V/1Ω=5Aになり、大きすぎる可能性があります。、回路が過熱または損傷する原因となります。この状況を避けるために、0Ω$などの適切な抵抗を回路に追加すると、電流は5V/100Ω=0.05A、つまり50mAに減少し、回路の安全性が保護されます。

抵抗器は、電圧を分割するため、つまり1つの電圧を2つ以上の異なる電圧に分割するためにも使用できます。これは、抵抗器の分圧法、つまり、回路内に2つ以上の抵抗器が直列に並んでいる場合、電源からの電圧が抵抗器に比例して各抵抗器に分配されることを意味します。たとえば、回路に10V電源と2つの抵抗(100Ωと200Ωの2つ)がある場合、100Ω抵抗の両端の電圧は10Vで100Ω/(100Ω+200Ω)=3.33V、200Ωの抵抗の電圧は10Vで200Ω/(100Ω+200Ω)=6.67Vです。このようにして、異なる目的で2つの異なる電圧を取得できます。

抵抗器は、回路からノイズや干渉信号を除去するフィルタリングにも使用できます。これは、抵抗とコンデンサまたはインダクタの組み合わせを使用して、ローパス、ハイパス、バンドパス、またはバンドリジェクトフィルタを形成します。ローパスフィルターは低周波信号のみを通過させ、ハイパスフィルターは高周波信号のみを通過させ、バンドパスフィルターは特定の周波数範囲の信号のみを通過させ、バンドストップフィルターは特定の周波数範囲のみをブロックします。周波数信号が通過します。たとえば、回路に100Ωの抵抗と1μFのコンデンサが並列にある場合、回路はローパスフィルタであり、そのカットオフ周波数は1/(2pi RC)= 1.59kHz、つまり、1.59kHz未満の周波数のみが通過でき、1.59kHzを超える信号はフィルタリングされます。

抵抗器は、バイアス、つまり回路内の特定のコンポーネントに安定した動作電圧または電流を供給するためにも使用できます。これは、抵抗器の分圧機能を使用して、回路内のトランジスタ、ダイオード、オペアンプ、およびその他のコンポーネントに適切なバイアス電圧または電流を提供し、それらを正常な動作状態に保ちます。たとえば、回路に10Vの電源と100Ωの抵抗がある場合、抵抗の両端に10Vの電圧がかかります。トランジスタのベースが抵抗の一方の端に接続されている場合、トランジスタのベースは電圧が10Vになり、トランジスタがオンになります。

抵抗器は、回路の効率と安定性を向上させるために、回路の異なる部分の抵抗を同等または類似させるように一致させるためにも使用できます。これは、抵抗器のインピーダンス特性、つまり抵抗器がAC信号をどれだけブロックするかを利用します。インピーダンスもオーム(Ω)で測定され、その大きさは信号の周波数と抵抗のインダクタンスまたはキャパシタンスによって異なります。抵抗器のインピーダンスは、オームの法則(V = IZ)を使用して計算でき、Vは電圧、Iは電流、Zはインピーダンスです。たとえば、回路に10VのAC電源と100Ωの抵抗がある場合、抵抗を流れる電流は、電源の周波数に関係なく、10V/100Ω = 0.1Aになります。抵抗の一方の端に100Ωの負荷を接続すると、回路は整合し、電源からの電力を負荷に完全に転送することができます。負荷のインピーダンスが100Ωでない場合、回路は不整合になり、電源からの電力の一部が反射して戻ってくるため、回路の損失と干渉が発生します。

要約すると、抵抗器の動作原理は、材料の抵抗特性を使用して電流を制限し、分配することです。抵抗器は回路に広く使用されています。電流制御、分圧、フィルタリング、バイアス、マッチングなどの機能を実現でき、回路の設計と最適化を容易にします。抵抗器のしくみと回路の基本を理解することは、電子機器をよりよく理解し、使用するのに役立ちます。